JP5603740B2

JP5603740B2 - ろ過システム

Info

Publication number: JP5603740B2
Application number: JP2010246082A
Authority: JP
Inventors: 有香石塚; 晋司原田
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: JP2012097964A

Description

本発明は、開放循環式冷却水系冷却塔の下部水槽に貯留される循環冷却水をろ過するろ過システムの技術に関する。

ビルや石油化学工場等において、冷凍機の冷媒やプロセス流体の冷却目的等で幅広く用いられている冷却水は、一般に、（１）開放循環式冷却水系、（２）密閉循環式冷却水系、（３）一過式冷却水系の３つに分類される。このうち、開放循環式冷却水系は、熱交換器において水温が上昇した冷却水の一部を冷却塔で蒸発させ、その蒸発潜熱により冷却水を冷却することにより、冷却水を循環使用する、という構造になっている。

開放循環式冷却水系においては、冷却水の循環使用により、冷却水中のカルシウムやマグネシウム等の硬度成分やシリカ等が濃縮されるため、これら成分が冷却水中で析出し、スラッジとして冷却塔内に設けられた下部水槽に堆積する。また、外部から冷却塔に土砂等が取り込まれたりすると、これらがスラッジとして冷却塔内の下部水槽に堆積する。

冷却塔内の下部水槽に堆積したスラッジが、冷却水と共に循環し熱交換器に付着・堆積すると熱交換器の伝熱効率を低下させたり、熱交換器や配管等の金属材料の腐食を生じさせたり等の障害を引き起こすことが知られている。

冷却塔内の下部水槽にスラッジが堆積することを防止するために、例えば、特許文献１には、冷却水の一部を冷却塔内の下部水槽から引き出し、冷却塔外部に設けたろ過器により、冷却水からスラッジを捕捉・分離した後、ろ過処理水を冷却塔内の下部水槽に返送するろ過システムが提案されている。

特開２００１−２４６２０３号公報

本発明は、冷却塔内の下部水槽にスラッジが堆積することを防止するろ過システムを提供することを目的とする。

本発明は、循環冷却水と外気とを接触させて前記循環冷却水を冷却する開放循環式冷却水系冷却塔の下部水槽に貯留される前記循環冷却水をろ過するろ過システムであって、前記循環冷却水をろ過するろ過器と、前記下部水槽の循環冷却水を前記ろ過器へ供給する供給配管と、前記ろ過器により処理された処理水を前記下部水槽に返送する返送配管と、を備え、前記返送配管は、前記下部水槽内へ延設され、前記下部水槽の内壁に沿って周回するように設置され、前記周回するように設置された返送配管には、内周側に向かって前記処理水を放出する放出口が所定の間隔で複数設けられている。

また、前記ろ過システムにおいて、前記供給配管の一端は前記下部水槽に設けられた接続口に接続され、前記接続口は前記下部水槽の中央部に配置されていることが好ましい。

また、前記ろ過システムにおいて、前記放出口の向きは、水平方向から水平方向に対して４５°下方向までの範囲とすることが好ましい。

本発明によれば、冷却塔内の下部水槽にスラッジが堆積することを防止することができる。

本実施形態に係るろ過システムを設置した冷却塔の構成の一例を示す模式断面図である。下部水槽の模式平面図である。（ａ）は、延設部の返送配管の一部模式平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における返送配管の模式断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、延設部の返送配管の他の形態を示す一部模式平面図である。延設部の返送配管の他の形態を示す下部水槽の模式平面図である。（ａ），（ｂ）は、延設部の返送管の他の形態を示す下部水槽の模式斜視図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係るろ過システムを設置した冷却塔の構成の一例を示す模式断面図である。本実施形態の冷却塔１は、循環冷却水と外気とを接触させて循環冷却水を冷却する開放循環式冷却水系の冷却塔１である。図１に示す冷却塔１の下部は、循環冷却水が貯留される下部水槽１０となっており、下部水槽１０の上方であって冷却塔１の側壁の一部は、外気を取り込むためのルーバー１２が設置され、ルーバー１２付近の冷却塔１の内部には充填材１４が設置され、冷却塔１の上部にはファン１６が設置されている。また、図１に示す冷却塔１の下部水槽１０の中央部には、冷却水吸込口１８が設けられている。また、図１に示す冷却塔１には、本実施形態のろ過システム及び循環システムが設置されている。

循環システムは、下部水槽１０内の循環冷却水を冷却塔１の充填材１４に散水するものであれば、その構造は特に制限されるものではないが、本実施形態の循環システムは循環配管２０、ポンプ２２を備えている。循環配管２０の一端は、下部水槽１０の冷却水吸込口１８に設けられた循環用接続口（不図示）に接続され、他端は、冷却塔１の側壁から冷却塔１内部に延設され、充填材１４に向かって大気に開放されている。また、循環配管２０には、ポンプ２２、熱交換器２４が設置されている。

本実施形態のろ過システムは、供給配管２６、ポンプ２８、ろ過器３０、返送配管３２、ブロー配管３４ａ，３４ｂを備えている。供給配管２６の一端は、下部水槽１０の冷却水吸込口１８に設けられたろ過用接続口（不図示）に接続され、他端はろ過器３０に接続されている。供給配管２６にはポンプ２８が設置されている。返送配管３２の一端は、ろ過器３０に接続され、他端は、冷却塔１の側壁から冷却塔１の下部水槽１０内に延設されている。ブロー配管３４ａの一端は供給配管２６に接続され、他端は冷却塔１の底部から冷却塔１内に延設され、下部水槽１０内に貯留された循環冷却水の液面より上方で大気に開放されている。また、ブロー配管３４ｂの一端はブロー配管３４ａの一端より下流側の供給配管２６に接続され、他端は大気に開放されている。

図２は、下部水槽の模式平面図である。図２に示すように、本実施形態では、返送配管３２のうち、下部水槽１０内へ延設された部分（以下延設部と呼ぶ場合がある）の返送配管３２ａは、下部水槽１０の内壁に沿って、周回しており、矩形状となっている。図３（ａ）は、延設部の返送配管の一部模式平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線における返送配管の模式断面図である。図３（ａ）に示すように、延設部の返送配管３２ａには、放出口３６が所定の間隔で複数設けられている。ここで、所定の間隔とは、均等、略均等の間隔に限定されることはなく、異なる間隔であってもよい。延設部の返送配管３２ａに設けられた複数の放出口３６は、周回する延設部の返送配管３２ａの内周側に配置（すなわち、内周側に向かって開口）されている。後述するが、図２に示すように、ろ過器３０により処理された処理水は、返送配管３２ａの内周側に向かって放出口３６から放出される。

以下に、図１に示す冷却塔１の動作について説明する。

ポンプ２２を稼働させ、下部水槽１０内の循環冷却水を循環配管２０から熱交換器２４に供給する。循環冷却水は熱交換器２４により熱交換され、水温が上昇した冷却水となり、循環配管２０を通って冷却塔１の上部から充填材１４に散水される。充填材１４に散水された冷却水は、ファン１６によりルーバー１２から吸い込まれた空気と接触し、一部が蒸発し、蒸発潜熱を放出することにより水温が低下した冷却水となって、下部水槽１０に落下し、貯留される。

このように循環冷却水が循環することにより、循環冷却水中のカルシウムやマグネシウム等の硬度成分やシリカ等が濃縮される。そして、これらの成分が過飽和となり循環冷却水中で析出することによって、あるいは、外部から冷却塔１に土砂等が取り込まれること、さらに微生物代謝物が混ざり込むこと等によって、スラッジが発生する。そこで、本実施形態のろ過システムを定期的に又は連続的に作動させ、スラッジを除去する。

本実施形態のろ過システムでは、まず、ポンプ２８を稼働させ、下部水槽１０内のスラッジを含む循環冷却水を供給配管２６からろ過器３０に供給する。そして、ろ過器３０において循環冷却水中のスラッジが除去される。ろ過器３０を通過した処理水は、返送配管３２を通り、下部水槽１０内へ返送される。

図２に示すように、下部水槽１０内では、延設部の返送配管３２ａに設けられた放出口から返送配管３２ａの内周側に向かって、処理水が放出される。このように、返送配管３２ａの内周側に向かって、複数の放出口から処理水が放出されることにより、下部水槽１０の中央に向かって処理水が対流する。そのため、下部水槽１０内のスラッジは、比較的水中で浮遊、分散した状態で存在し、下部水槽１０の隅等で堆積することが抑制される。

一般的に、スラッジが堆積すると、循環冷却水と共にスラッジが塊となって循環配管を通り、熱交換器に付着・堆積するため、熱交換器の伝熱効率を低下させたり、熱交換器や配管等の金属材料の腐食を生じさせたりする等の障害を引き起こす虞がある。そのため、定期的に冷却塔内を清掃する等のメンテナンスが必要となる。しかし、本実施形態では、上記のようにスラッジは比較的水中で浮遊、分散した状態で存在し、スラッジの堆積が抑制されるため、ろ過器３０によるろ過効率の向上やスラッジの塊が循環配管２０を通ることによる弊害等を抑制することができる。その結果、定期的に行う清掃等のメンテナンス回数を抑えることが可能となる。

以下に、各部の詳細な構成等について説明する。

延設部の返送配管３２ａに設けられる放出口３６の間隔は３００〜５００ｍｍの範囲であることが好ましい。また、放出口３６の大きさはφ３〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。また、図３（ｂ）に示すように、放出口３６の向き（方向）は、水平方向から水平方向に対して４５°下方向までの範囲とすることが好ましい。放出口３６の間隔、大きさ、向きが上記範囲外であると、処理水が返送配管３２ａの内周側に向かって対流し難く（実質的には、処理水が下部水槽１０の中央に向かって対流し難く）、下部水槽１０の隅等にスラッジが堆積する場合がある。

図４（ａ）〜（ｃ）は、延設部の返送配管の他の形態を示す一部模式平面図である。図４（ａ）に示すように、水平方向に向いた放出口３６や水平方向に対して下方向（例えば４５°）に向いた放出口３６をランダムに所定の間隔で複数配置してもよい。これにより、返送配管３２ａの内周側に向かって放出される処理水は乱流となるため、下部水槽１０内のスラッジの分散性が向上し、スラッジの堆積をより抑制することができる。また、図４（ｂ）に示すように、返送配管３２ａに段差を設けることによっても、返送配管３２ａの内周側に向かって放出される処理水は乱流となるため、下部水槽１０内のスラッジの分散性が向上し、スラッジの堆積をより抑制することができる。図４（ｃ）は、返送配管を上方から見た図である。図４（ｃ）に示すように、放出口３６から放出される処理水の流れを変える遮蔽板３８を返送配管３２ａに設置してもよい。これにより、返送配管３２ａの内周側に向かって放出される処理水は旋回流となるため、下部水槽１０内のスラッジの分散性が向上し、スラッジの堆積をより抑制することができる。

図５は、延設部の返送配管の他の形態を示す下部水槽の模式平面図である。下部水槽１０内へ延設された部分の返送配管３２ａは、下部水槽１０の内壁に沿って周回するものであるが、図５に示すように、一部返送配管３２ａが設置されていない箇所を設けてもよい。すなわち、延設部の返送配管３２ａは、返送配管３２ａの内周側に向かって対流する処理水により、下部水槽１０内のスラッジを分散させることができれば、下部水槽１０の内壁に沿って、完全に周回させる必要はない。例えば、返送配管３２は、少なくとも下部水槽１０の内壁に沿って、内周の３／４以上周回していればよい。

図６（ａ），（ｂ）は、延設部の返送管の他の形態を示す下部水槽の模式斜視図である。図６（ａ）に示すように、直方体の下部水槽１０にろ過用接続口（不図示）を配置した冷却水吸込口１８が設けられ、それぞれのろ過用接続口に供給配管（不図示）が接続されているような下部水槽１０の場合には、返送配管３２ａは下部水槽１０の内壁に沿って周回する周回配管４０と、冷却水吸込口１８間（接続口間）に設けられ、周回配管４０の長手方向の配管同士を連結するする連結管４２とを備えることが好ましい。図示での説明は省略するが、周回配管４０及び連結管４２の内周側に、放出口が所定の間隔で複数設置される。図６（ｂ）に示すように、直方体の下部水槽１０は、セパレータにより複数の室（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に分割され、それぞれの室（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に設けられた冷却水吸込口１８のろ過用接続口（不図示）に供給配管（不図示）が接続されているような下部水槽１０の場合には、返送配管３２ａは分割された室（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）のそれぞれの内壁に沿って周回するように配置されることが好ましい。

供給配管２６の一端が接続されるろ過用接続口は、下部水槽１０のいずれの位置に設けられてもよいが、下部水槽１０の中央部に設けられることが好ましい。本実施形態のように、下部水槽１０内へ延設された返送配管３２ａは、下部水槽１０の内壁に沿って周回するように配置され、そして、その返送配管３２ａには、処理水を内周側に向かって放出する放出口３６が設置されているため、下部水槽１０内の流体は下部水槽１０の中央に向かって流れ易く、また、スラッジも中央に流れ易い。したがって、ろ過用接続口を下部水槽１０の中央部に設ければ、スラッジは、そのろ過用接続口から取り込まれ易くなるため、ろ過器３０によるスラッジの除去率を向上させることができる。中央部とは、例えば、下部水槽１０の水平断面における中心から内壁までの距離に対し、中心から１／３以内の領域である。

本実施形態に係るろ過器３０は、循環処理水中のスラッジを除去することができるものであれば特に制限されるものではなく、例えば、膜ろ過装置、ろ材充填ろ過器等を挙げることができる。膜ろ過装置に用いるろ過膜に特に制限はないが、ＭＦ膜、ＵＦ膜等を好適に用いることができる。ろ材充填ろ過器に用いるろ材に特に制限はないが、砂、アンスラサイト等を好適に用いることができる。

以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す冷却塔を以下のような条件で運転し、循環配管を流れる循環冷却水の濁度を測定した。実施例１における冷却塔の下部水槽及び下部水槽内に延設する返送配管は、図６（ｂ）に示す下部水槽及び返送配管を用いた。

実施例１の運転条件は、試験開始から５ヶ月間ろ過システムを作動させずに運転を実施した後、１７日間ろ過システムを作動させた。循環冷却水の濁度のサンプリングは、試験開始直後、５ヶ月経過後、ろ過システム作動から１日後、ろ過システム作動から１０日後に実施した。その結果を表１にまとめた。

＜実施例１の冷却塔＞
冷却塔：開放式冷却塔４００ＲＴ
ろ過器：砂ろ過装置１台
最大流量：８ｍ^３／ｈ
ろ材種類：砂
ろ材重量：１００ｋｇ
ろ過面積：０．２２８８ｍ^３
ろ過タンク寸法：高さ８７０ｍｍ×φ５３０ｍｍ
放出口口径：φ４ｍｍ
放出口の間隔：３００ｍｍ
放出口の向き：水平方向に対して４５°下方

（実施例２）
冷却塔の能力が１０００ＲＴであること、砂ろ過装置を２台設置したこと以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。循環冷却水の濁度のサンプリングは、実施例１と同様に、試験開始直後、５ヶ月経過後、ろ過システム作動から１日後、ろ過システム作動から１０日後に実施した。その結果を表２にまとめた。

表１及び表２から判るように、実施例１及び２共に、試験開始からろ過システム作動までの間は、循環冷却水の濁度は増加したが、ろ過システムを作動させることにより濁度及びＳＳ濃度は低下し、ろ過システム作動後１０日後には、濁度は１以下になっていた。実施例１及び２のように、下部水槽内へ延設された返送管を下部水槽の内壁に沿って周回するように配置し、下部水槽内へ延設された返送配管に、処理水を内周側に向かって放出する放出口を設置することにより、下部水槽内の循環冷却水の対流性が向上し、下部水槽の隅等でスラッジが堆積することが抑制されたため、また、ろ過器によるスラッジの除去率を向上させることができたため、循環冷却水の濁度及びＳＳ濃度が低下したと考えられる。これにより、実施例１及び２のろ過システムが設置されていないものに比べて、下部水槽内の清掃等のメンテナンス回数を減らすことができる。

１冷却塔、１０下部水槽、１０ａ〜１０ｃ室、１２ルーバー、１４充填材、１６ファン、１８冷却水吸込口、２０循環配管、２２，２８ポンプ、２４熱交換器、２６供給配管、３０ろ過器、３２，３２ａ返送配管、３２ａ返送配管、３４ａ，３４ｂブロー配管、３６放出口、３８遮蔽板、４０周回配管、４２連結管。

Claims

循環冷却水と外気とを接触させて前記循環冷却水を冷却する開放循環式冷却水系冷却塔の下部水槽に貯留される前記循環冷却水をろ過するろ過システムであって、
前記循環冷却水をろ過するろ過器と、
前記下部水槽の循環冷却水を前記ろ過器へ供給する供給配管と、
前記ろ過器により処理された処理水を前記下部水槽に返送する返送配管と、を備え、
前記返送配管は、前記下部水槽内へ延設され、前記下部水槽の内壁に沿って周回するように設置され、
前記周回するように設置された返送配管には、内周側に向かって前記処理水を放出する放出口が所定の間隔で複数設けられ、
個々の前記放出口の向きは、水平方向から水平方向に対して４５°下方向までの範囲でランダムであることを特徴とするろ過システム。
前記供給配管の一端は前記下部水槽に設けられた接続口に接続され、前記接続口は前記下部水槽の中央部に配置されていることを特徴とする請求項１記載のろ過システム。